Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

УДК66.011;621.791.04 ГИДРОКСИЛЬНЫЕ ГРУППЫ В СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ: ИСТОЧНИКИ, ПОСЛЕДСТВИЯ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ И.В. Горынин% А.С.Орыщенко1, В.А.Малышевский1, Ю.Д. Брусницын1, \В.Т. Калинникову, А.И. Николаев2 Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей», Санкт-Петербург, Россия 2Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия Аннотация В статье рассматриваются технологические аспекты проблемы производства сварочных электродов и флюсов с позиций исключения условий, способствующих образованию флокенов в металле сварных швов конструкционных сталей, инициируемых ионами гидроксильной группы неметаллических включений. Ключевые слова: минеральное сырье, сварочные материалы, требования, гидроксиды, флокены. HYDROXYL GROUP INWELDING CONSUMABLES: SOURCES, EFFECTS AND PROTECTION I.V. Gorynin\ A.S. Oryshchenko1, V.A. Malyshevsky1, Yu.D. Brusnitsyn1, \V.T. Kalinnikov2, A.I. Nikolaev2 1Federal State Unitary Enterprise Central research Institute o f Structural Materials "Prometey", St. Petersburg, Russia 2 I. V. Tananaev Institute o f Chemistry and Technology o f Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Kola Science Centre o f the RAS, Apatity, Russia Abstract The paper considers some engineering aspects in production of welding electrodes and fluxes, namely creating of conditions precluding the formation of flakes in the joint welds of constructional steel, initiated by the hydroxyl group ions of nonmetallic inclusions. Keywords: mineral raw materials, welding materials, requirements, hydroxides, flakes. Надежность и ресурс работоспособности сварных конструкций во многом связаны с водородной хрупкостью металла сварных швов, которая в значительной степени зависит от присутствия гидроксильных групп в сварочных материалах. Максимальное удаление или полное исключение из сварочного процесса гидроксильных групп является одним из значимых путей повышения качества как электродов, так и сварных конструкций за счет предотвращения образования флокенов в металле шва. 1. Основная идея. Флокены в сварных швах оцениваются в гипотезах о природе водородной хрупкости [1, 2] как наиболее опасные дефекты, инициируемые скоплением ионов (ОН)- у некоторых неметаллических включений. Источником ионов гидроксильных групп в металле шва является сварочная ванна, точнее шлаковый расплав электродных покрытий или флюсов, в которых ионы (ОН)- входят в состав гидроксидных соединений типа Ca(OH)2, Al(OH)3, A100H, гидросиликатов Ca (например, типа тоберморита Cai0[(OH)6/Sii2O3i]-8H2O [3, 4]), а также оксогидроксокомплексов Ca3[Al(OH)6]2, Na[Al2O(OH)6] и др. природных или образующихся в результате взаимодействия жидкого стекла с компонентами сварочных материалов). Таким образом, постоянно действующая цепочка «Выбор сырья и его переработка» - «Замесы компонентов с жидким стеклом» - «Сушка - прокаливание» - «Хранение» - «Зона сварочной дуги и сварочная ванна» - «Металл сварных швов» объединяет процессы, определяющие ресурс, надежность и работоспособность конструкций. Если в первый реактор «замес» дать смесь слабоактивных или совсем неактивных компонентов, не исключая жидкое стекло как связующий компонент, то в основной реактор сварочных процессов «сварочная ванна» ионы гидроксильной группы в критических количествах не попадают! Не будет и флокенов в металле сварных швов! Это в идеале, тем не менее эффект должен быть существенным - рабочие характеристики растут! [5, 6] - далеко не всегда! Действующие на предприятиях технологии минуют, не замечая реакций и их продукты, несмотря на то что они уже неоднократно заявляют о своей работе [6]. 2. Негативные элементы технологий изготовления сварочных электродов, способствующие образованию гидроксидных соединений. а) В качестве флегматизаторов при измельчении ферросплавов используется мрамор и плавиковый шпат (5-10% от компонента), проявляющие высокую химическую активность к водным растворам щелочных силикатов при нормальных температурах. К тому же в процессе измельчения они подвергаются интенсивной механохимической активации. Продукты взаимодействия с жидким стеклом - Ca(OH)2 и NaF. 40